ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | Download File | Root Listing
root/radiance/ray/src/rt/normal.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/rt/normal.c (file contents):
Revision 2.37 by gwlarson, Wed Dec 16 18:14:58 1998 UTC vs.
Revision 2.63 by greg, Sun Jul 29 21:56:16 2012 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1998 Silicon Graphics, Inc. */
2 –
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ SGI";
2 > static const char RCSid[] = "$Id$";
3   #endif
6 –
4   /*
5   *  normal.c - shading function for normal materials.
6   *
# Line 14 | Line 11 | static char SCCSid[] = "$SunId$ SGI";
11   *     Later changes described in delta comments.
12   */
13  
14 < #include  "ray.h"
14 > #include "copyright.h"
15  
16 + #include  "ray.h"
17 + #include  "ambient.h"
18 + #include  "source.h"
19   #include  "otypes.h"
20 <
20 > #include  "rtotypes.h"
21   #include  "random.h"
22  
23 – extern double  specthresh;              /* specular sampling threshold */
24 – extern double  specjitter;              /* specular sampling jitter */
25 –
26 – extern int  backvis;                    /* back faces visible? */
27 –
23   #ifndef  MAXITER
24   #define  MAXITER        10              /* maximum # specular ray attempts */
25   #endif
26 +                                        /* estimate of Fresnel function */
27 + #define  FRESNE(ci)     (exp(-5.85*(ci)) - 0.00287989916)
28 + #define  FRESTHRESH     0.017999        /* minimum specularity for approx. */
29  
32 – static  gaussamp();
30  
31   /*
32   *      This routine implements the isotropic Gaussian
# Line 68 | Line 65 | typedef struct {
65          double  pdot;           /* perturbed dot product */
66   }  NORMDAT;             /* normal material data */
67  
68 + static void gaussamp(NORMDAT  *np);
69  
70 < dirnorm(cval, np, ldir, omega)          /* compute source contribution */
71 < COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
72 < register NORMDAT  *np;          /* material data */
73 < FVECT  ldir;                    /* light source direction */
74 < double  omega;                  /* light source size */
70 >
71 > static void
72 > dirnorm(                /* compute source contribution */
73 >        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
74 >        void  *nnp,                     /* material data */
75 >        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
76 >        double  omega                   /* light source size */
77 > )
78   {
79 +        NORMDAT *np = nnp;
80          double  ldot;
81 <        double  dtmp, d2;
81 >        double  lrdiff, ltdiff;
82 >        double  dtmp, d2, d3, d4;
83          FVECT  vtmp;
84          COLOR  ctmp;
85  
# Line 87 | Line 90 | double  omega;                 /* light source size */
90          if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
91                  return;         /* wrong side */
92  
93 <        if (ldot > FTINY && np->rdiff > FTINY) {
93 >                                /* Fresnel estimate */
94 >        lrdiff = np->rdiff;
95 >        ltdiff = np->tdiff;
96 >        if (np->specfl & SP_PURE && np->rspec >= FRESTHRESH &&
97 >                        (lrdiff > FTINY) | (ltdiff > FTINY)) {
98 >                dtmp = 1. - FRESNE(fabs(ldot));
99 >                lrdiff *= dtmp;
100 >                ltdiff *= dtmp;
101 >        }
102 >
103 >        if (ldot > FTINY && lrdiff > FTINY) {
104                  /*
105                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
106                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
107                   *  modified by the color of the material.
108                   */
109                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
110 <                dtmp = ldot * omega * np->rdiff / PI;
110 >                dtmp = ldot * omega * lrdiff * (1.0/PI);
111                  scalecolor(ctmp, dtmp);
112                  addcolor(cval, ctmp);
113          }
114          if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_PURE)) == SP_REFL) {
115                  /*
116                   *  Compute specular reflection coefficient using
117 <                 *  gaussian distribution model.
117 >                 *  Gaussian distribution model.
118                   */
119                                                  /* roughness */
120                  dtmp = np->alpha2;
121                                                  /* + source if flat */
122                  if (np->specfl & SP_FLAT)
123 <                        dtmp += omega/(4.0*PI);
123 >                        dtmp += omega * (0.25/PI);
124                                                  /* half vector */
125 <                vtmp[0] = ldir[0] - np->rp->rdir[0];
113 <                vtmp[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
114 <                vtmp[2] = ldir[2] - np->rp->rdir[2];
125 >                VSUB(vtmp, ldir, np->rp->rdir);
126                  d2 = DOT(vtmp, np->pnorm);
127                  d2 *= d2;
128 <                d2 = (DOT(vtmp,vtmp) - d2) / d2;
129 <                                                /* gaussian */
130 <                dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
128 >                d3 = DOT(vtmp,vtmp);
129 >                d4 = (d3 - d2) / d2;
130 >                                                /* new W-G-M-D model */
131 >                dtmp = exp(-d4/dtmp) * d3 / (PI * d2*d2 * dtmp);
132                                                  /* worth using? */
133                  if (dtmp > FTINY) {
134                          copycolor(ctmp, np->scolor);
135 <                        dtmp *= omega * sqrt(ldot/np->pdot);
135 >                        dtmp *= ldot * omega;
136                          scalecolor(ctmp, dtmp);
137                          addcolor(cval, ctmp);
138                  }
139          }
140 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
140 >        if (ldot < -FTINY && ltdiff > FTINY) {
141                  /*
142                   *  Compute diffuse transmission.
143                   */
144                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
145 <                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff / PI;
145 >                dtmp = -ldot * omega * ltdiff * (1.0/PI);
146                  scalecolor(ctmp, dtmp);
147                  addcolor(cval, ctmp);
148          }
# Line 140 | Line 152 | double  omega;                 /* light source size */
152                   *  is always modified by material color.
153                   */
154                                                  /* roughness + source */
155 <                dtmp = np->alpha2 + omega/PI;
156 <                                                /* gaussian */
155 >                dtmp = np->alpha2 + omega*(1.0/PI);
156 >                                                /* Gaussian */
157                  dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(PI*dtmp);
158                                                  /* worth using? */
159                  if (dtmp > FTINY) {
# Line 154 | Line 166 | double  omega;                 /* light source size */
166   }
167  
168  
169 < m_normal(m, r)                  /* color a ray that hit something normal */
170 < register OBJREC  *m;
171 < register RAY  *r;
169 > int
170 > m_normal(                       /* color a ray that hit something normal */
171 >        OBJREC  *m,
172 >        RAY  *r
173 > )
174   {
175          NORMDAT  nd;
176 +        double  fest;
177          double  transtest, transdist;
178          double  mirtest, mirdist;
179          int     hastexture;
180          double  d;
181          COLOR  ctmp;
182 <        register int  i;
182 >        int  i;
183                                                  /* easy shadow test */
184          if (r->crtype & SHADOW && m->otype != MAT_TRANS)
185                  return(1);
# Line 177 | Line 192 | register RAY  *r;
192                          raytrans(r);
193                          return(1);
194                  }
195 +                raytexture(r, m->omod);
196                  flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
197 <        }
197 >        } else
198 >                raytexture(r, m->omod);
199          nd.mp = m;
200          nd.rp = r;
201                                                  /* get material color */
# Line 190 | Line 207 | register RAY  *r;
207          nd.alpha2 = m->oargs.farg[4];
208          if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
209                  nd.specfl |= SP_PURE;
210 <        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
211 <                nd.specfl |= SP_FLAT;
195 <                                                /* get modifiers */
196 <        raytexture(r, m->omod);
197 <        if (hastexture = DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)
210 >
211 >        if ( (hastexture = (DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)) ) {
212                  nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
213 <        else {
213 >        } else {
214                  VCOPY(nd.pnorm, r->ron);
215                  nd.pdot = r->rod;
216          }
217 +        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
218 +                nd.specfl |= SP_FLAT;
219          if (nd.pdot < .001)
220                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for dirnorm() */
221          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
222          mirtest = transtest = 0;
223          mirdist = transdist = r->rot;
224          nd.rspec = m->oargs.farg[3];
225 +                                                /* compute Fresnel approx. */
226 +        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rspec >= FRESTHRESH) {
227 +                fest = FRESNE(nd.pdot);
228 +                nd.rspec += fest*(1. - nd.rspec);
229 +        } else
230 +                fest = 0.;
231                                                  /* compute transmission */
232          if (m->otype == MAT_TRANS) {
233                  nd.trans = m->oargs.farg[5]*(1.0 - nd.rspec);
# Line 234 | Line 256 | register RAY  *r;
256                                                  /* transmitted ray */
257          if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE|SP_TBLT)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
258                  RAY  lr;
259 <                if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
259 >                copycolor(lr.rcoef, nd.mcolor); /* modified by color */
260 >                scalecolor(lr.rcoef, nd.tspec);
261 >                if (rayorigin(&lr, TRANS, r, lr.rcoef) == 0) {
262                          VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
263                          rayvalue(&lr);
264 <                        scalecolor(lr.rcol, nd.tspec);
241 <                        multcolor(lr.rcol, nd.mcolor);  /* modified by color */
264 >                        multcolor(lr.rcol, lr.rcoef);
265                          addcolor(r->rcol, lr.rcol);
266                          transtest *= bright(lr.rcol);
267                          transdist = r->rot + lr.rt;
# Line 254 | Line 277 | register RAY  *r;
277          if (nd.rspec > FTINY) {
278                  nd.specfl |= SP_REFL;
279                                                  /* compute specular color */
280 <                if (m->otype == MAT_METAL)
280 >                if (m->otype != MAT_METAL) {
281 >                        setcolor(nd.scolor, nd.rspec, nd.rspec, nd.rspec);
282 >                } else if (fest > FTINY) {
283 >                        d = nd.rspec*(1. - fest);
284 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
285 >                                nd.scolor[i] = fest + nd.mcolor[i]*d;
286 >                } else {
287                          copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
288 <                else
289 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
261 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
288 >                        scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
289 >                }
290                                                  /* check threshold */
291                  if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh >= nd.rspec-FTINY)
292                          nd.specfl |= SP_RBLT;
293                                                  /* compute reflected ray */
294 <                for (i = 0; i < 3; i++)
267 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*nd.pdot*nd.pnorm[i];
294 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.*nd.pdot);
295                                                  /* penetration? */
296                  if (hastexture && DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)
297 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
298 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
297 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.*r->rod);
298 >                checknorm(nd.vrefl);
299          }
300                                                  /* reflected ray */
301          if ((nd.specfl&(SP_REFL|SP_PURE|SP_RBLT)) == (SP_REFL|SP_PURE)) {
302                  RAY  lr;
303 <                if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
303 >                if (rayorigin(&lr, REFLECTED, r, nd.scolor) == 0) {
304                          VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
305                          rayvalue(&lr);
306 <                        multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
306 >                        multcolor(lr.rcol, lr.rcoef);
307                          addcolor(r->rcol, lr.rcol);
308                          if (!hastexture && nd.specfl & SP_FLAT) {
309                                  mirtest = 2.*bright(lr.rcol);
# Line 291 | Line 318 | register RAY  *r;
318                  return(1);                      /* 100% pure specular */
319  
320          if (!(nd.specfl & SP_PURE))
321 <                gaussamp(r, &nd);               /* checks *BLT flags */
321 >                gaussamp(&nd);          /* checks *BLT flags */
322  
323          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
324 <                ambient(ctmp, r, hastexture?nd.pnorm:r->ron);
325 <                if (nd.specfl & SP_RBLT)
326 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
327 <                else
328 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
302 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
324 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
325 >                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
326 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)        /* add in specular as well? */
327 >                        addcolor(ctmp, nd.scolor);
328 >                multambient(ctmp, r, hastexture ? nd.pnorm : r->ron);
329                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
330          }
331          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
332 +                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
333 +                if (nd.specfl & SP_TBLT)
334 +                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
335 +                else
336 +                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
337                  flipsurface(r);
338                  if (hastexture) {
339                          FVECT  bnorm;
340                          bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
341                          bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
342                          bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
343 <                        ambient(ctmp, r, bnorm);
343 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
344                  } else
345 <                        ambient(ctmp, r, r->ron);
315 <                if (nd.specfl & SP_TBLT)
316 <                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
317 <                else
318 <                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
319 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
345 >                        multambient(ctmp, r, r->ron);
346                  addcolor(r->rcol, ctmp);
347                  flipsurface(r);
348          }
# Line 333 | Line 359 | register RAY  *r;
359   }
360  
361  
362 < static
363 < gaussamp(r, np)                 /* sample gaussian specular */
364 < RAY  *r;
365 < register NORMDAT  *np;
362 > static void
363 > gaussamp(                       /* sample Gaussian specular */
364 >        NORMDAT  *np
365 > )
366   {
367          RAY  sr;
368          FVECT  u, v, h;
369          double  rv[2];
370          double  d, sinp, cosp;
371 <        int  niter;
372 <        register int  i;
371 >        COLOR  scol;
372 >        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
373 >        int  i;
374                                          /* quick test */
375          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
376                          (np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) != SP_TRAN)
# Line 359 | Line 386 | register NORMDAT  *np;
386          fcross(v, np->pnorm, u);
387                                          /* compute reflection */
388          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
389 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
390 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
391 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
392 <                        if (niter)
389 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, np->scolor) == 0) {
390 >                nstarget = 1;
391 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
392 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
393 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
394 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
395 >                        if (nstarget > 1) {
396 >                                d = 1./nstarget;
397 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
398 >                                sr.rweight *= d;
399 >                        } else
400 >                                nstarget = 1;
401 >                }
402 >                setcolor(scol, 0., 0., 0.);
403 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
404 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
405 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
406 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
407 >                        if (ntrials)
408                                  d = frandom();
409                          else
410                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
# Line 370 | Line 412 | register NORMDAT  *np;
412                          d = 2.0*PI * rv[0];
413                          cosp = tcos(d);
414                          sinp = tsin(d);
415 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
415 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
416 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
417                          if (rv[1] <= FTINY)
418                                  d = 1.0;
419                          else
420                                  d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
421                          for (i = 0; i < 3; i++)
422                                  h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
423 <                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
424 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
425 <                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
426 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
423 >                        d = -2.0 * DOT(h, np->rp->rdir) / (1.0 + d*d);
424 >                        VSUM(sr.rdir, np->rp->rdir, h, d);
425 >                                                /* sample rejection test */
426 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, np->rp->ron)) <= FTINY)
427 >                                continue;
428 >                        checknorm(sr.rdir);
429 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
430 >                                if (nstaken) rayclear(&sr);
431                                  rayvalue(&sr);
432 <                                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
433 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
434 <                                break;
432 >                                d = 2./(1. + np->rp->rod/d);
433 >                                scalecolor(sr.rcol, d);
434 >                                addcolor(scol, sr.rcol);
435 >                        } else {
436 >                                rayvalue(&sr);
437 >                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
438 >                                addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
439                          }
440 +                        ++nstaken;
441                  }
442 +                if (nstarget > 1) {             /* final W-G-M-D weighting */
443 +                        multcolor(scol, sr.rcoef);
444 +                        d = (double)nstarget/ntrials;
445 +                        scalecolor(scol, d);
446 +                        addcolor(np->rp->rcol, scol);
447 +                }
448                  ndims--;
449          }
450                                          /* compute transmission */
451 +        copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);        /* modified by color */
452 +        scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
453          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
454 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
455 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
456 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
457 <                        if (niter)
454 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, sr.rcoef) == 0) {
455 >                nstarget = 1;
456 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
457 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
458 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
459 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
460 >                        if (nstarget > 1) {
461 >                                d = 1./nstarget;
462 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
463 >                                sr.rweight *= d;
464 >                        } else
465 >                                nstarget = 1;
466 >                }
467 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
468 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
469 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
470 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
471 >                        if (ntrials)
472                                  d = frandom();
473                          else
474 <                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
474 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
475                          multisamp(rv, 2, d);
476                          d = 2.0*PI * rv[0];
477                          cosp = tcos(d);
478                          sinp = tsin(d);
479 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
479 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
480 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
481                          if (rv[1] <= FTINY)
482                                  d = 1.0;
483                          else
484                                  d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
485                          for (i = 0; i < 3; i++)
486                                  sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
487 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
488 <                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
489 <                                rayvalue(&sr);
490 <                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
491 <                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modified */
492 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
493 <                                break;
494 <                        }
487 >                                                /* sample rejection test */
488 >                        if (DOT(sr.rdir, np->rp->ron) >= -FTINY)
489 >                                continue;
490 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
491 >                        if (nstaken)            /* multi-sampling */
492 >                                rayclear(&sr);
493 >                        rayvalue(&sr);
494 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
495 >                        addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
496 >                        ++nstaken;
497                  }
498                  ndims--;
499          }

Diff Legend

– Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines